Keajaiban dalam bulu • Sergey Glagolev • Tugas sains popular mengenai "Unsur" • Biologi

Keajaiban dalam bulu

Dalam perkembangan embrio haiwan, induksi embrio memainkan peranan penting – suatu tisu atau organ "memerintahkan" jiran-jirannya untuk berkembang dalam arah tertentu. Tanpa perintah ini, pembangunan berhenti atau pergi dengan cara lain. Pada objek kegemaran embrio – embrio ayam – ia menunjukkan bahawa embrio mesenchyme (derma masa depan, iaitu, lapisan kulit yang mendalam) mendorong perkembangan derivatif horny epidermis (lapisan kulit luar) – khususnya, bulu.

Ini membantu memahami percubaan-percubaan pada pemindahan dermis dari bahagian-bahagian tubuh yang berlainan di bawah epidermis sayap. Keputusan percubaan sedemikian ditunjukkan dalam Rajah. 1.

Rajah. 1. Hasil transplantasi dermis embrio ayam. Dermis, yang diambil dari kawasan yang berbeza (sayap, paha atau jari), menyebabkan pembangunan pelbagai struktur di epidermis sayap. Gambar dari ncbi.nlm.nih.gov

Transplantasi yang sama adalah mungkin antara embrio spesies yang berbeza dan juga kelas vertebrata yang berlainan (selepas semua, embrio masih tidak mempunyai sistem imun, dan tisu embrio yang berbeza tumbuh bersama).

Tugas

1. Apakah yang dimaksudkan dengan Struktur akan memberi epidermis dengan gabungan berikut tisu germinal (dalam semua kes, dermis diambil dari belakang embrio):
a) epidermis kadal – derma ayam;
b) epidermis tetikus – derma ayam;
c) epidermis ayam – kadal derma;
d) epidermis ayam – derma tetikus?
Dari macam apa Syarat tambahan mungkin bergantung pada hasil pemindahan tersebut?

2. Macam apa Masalah evolusi yang menarik dapat diselesaikan dengan memindahkan dermis embrio ayam di bawah epidermis kuman buaya?


Petua 1

Untuk menyelesaikan masalah ini, penting untuk mengetahui hubungan kumpulan-kumpulan yang diterangkan di dalamnya. Kumpulan-kumpulan ini ditunjukkan di bawah dalam dua pokok filogenetik (Rajah 2 dan Rajah 3), yang sepatutnya dibandingkan.

Rajah. 2 Phylogenetic tree tetrapod. Imej dari blogs.scientificamerican.com

Rajah. 3 Phylogenetic tree tetrapod-2. Imej dari www.quora.com


Petua 2

Menurut S. Gilbert, penemu induksi embrio, Hans Spemann, menggambarkan salah satu kasus interaksi induksi antara epidermis dan dermis: "Ektoderm berkata kepada inducer:" Saya boleh membuat saya sendiri, dan saya akan membuatnya. "


Penyelesaian

Jawapan kepada tugas 1

Mari mulakan dengan persoalan syarat tambahan. Pertama, usia embrio mungkin penting. Pada satu ketika, epidermis sudah dilakukan – iaitu, ia telah menerima isyarat yang diperlukan untuk pembangunan dalam arah tertentu.Kemudian, dengan transplantasi dermis, tiada apa yang akan berubah: epidermis akan berkembang dengan cara yang sama seperti biasa.

Satu lagi perkara yang perlu dipertimbangkan ialah bahagian belakang, dari mana dermis diambil dari ayam. Hampir semua burung moden di badan mempunyai kawasan dengan bulu (pterily) dan tanpa mereka (apterias). Ia tidak mungkin bahawa dermis yang diambil dari apterium akan menyebabkan pembentukan mana-mana struktur di epidermis.

Dengan beberapa pemindahan, mungkin penting untuk melihat cicak, dari mana kami mengambil epidermis atau dermis (lihat epilog). Ini sering diabaikan oleh penguji yang lebih selesa dengan satu set objek model kecil.

Kami berpaling ke bahagian utama soalan itu. Daripada arahan itu jelas bahawa hasil pemindahan mungkin entah bagaimana berkaitan dengan kekerabatan mamalia, burung dan cicak. Kesemua mereka berasal dari reptilia purba (walaupun kini, dalam era kladistik, mereka lebih memilih untuk tidak memanggil nenek moyang mamalia, tetapi bagi kami ini tidak penting). Kulit amniotes nenek moyang ini mungkin sudah boleh membentuk skala. Burung mempunyai skala di kaki mereka, banyak mamalia (contohnya, tikus dan tikus) mempunyai ekor. Ia boleh diandaikan bahawa skala ini homologous antara satu sama lain, iaitu, mereka adalah warisan dari nenek moyang "reptilia".Jika demikian, maka burung dan mamalia telah mengekalkan molekul isyarat yang bertanggungjawab untuk mencetuskan perkembangan skala, dan keupayaan epidermis untuk bertindak balas kepada mereka. Kemudian, di bawah tindakan dermis kadal, epidermis ayam dan tikus perlu membentuk skala. Jadi ia berlaku dalam realiti.

Seringkali dipercayai bahawa bulu burung dan rambut mamalia juga diubahsuai skala reptil (walaupun ini tidak sama sekali jelas seperti yang kelihatan; lihat Kata Gagasan). Ia boleh dianggap bahawa program pembangunan mereka adalah sebuah superstruktur di atas program pembangunan skala lebih kuno, yang boleh dipelihara dalam genom haiwan ini.

Keturunan kadal tidak pernah mempunyai bulu. Apabila derma ayam memerintahkan epidermis kadal untuk membuat bulu, dia menjawab: "Anda memberitahu saya untuk melakukan … sesuatu? Bulu? Saya tidak tahu apa-apa perkataan! Saya faham bahawa ini adalah beberapa derivatif mesum, tetapi saya tidak boleh membuat orang seperti anda anda mahu, saya boleh membuat skala, dan saya akan membuat mereka! " Akibatnya, skala mundur dibentuk, diatur dalam urutan heksagon, seperti bulu.

Begitu juga, epidermis tetikus menafsirkan isyarat daripada derma ayam: skala kurang maju berkembang dengan susunan bulu ciri.Pembaca telah meneka bahawa derma tikus mengasumsikan pembentukan ayam epidermis skala kurang maju, menyerupai rambut dalam susunan.

Dari hasil-hasil ini, maka lokasi dari derivatif epidermis dan peringkat awal perkembangan mereka dikendalikan oleh gen lebih konservatif dan jalur isyarat. Dalam perjalanan evolusi, mereka telah berubah sedikit sehingga epidermis tikus memahami arahan derma ayam, walaupun nenek moyang mereka yang sama hidup lebih dari tiga ratus juta tahun yang lalu. Tetapi untuk perkembangan penuh skala, bulu dan rambut, nampaknya, isyarat yang lebih spesifik diperlukan, dan mereka berbeza dengan burung, mamalia dan kadal. (Bukan sahaja "dokumentasi projek" adalah penting, tetapi juga bahan binaan: reptilia mempunyai keluarga beta keratin (lihat juga Beta-keratin) – stratum protein; mamalia telah kehilangan mereka, dan pada burung, sebaliknya, "beta keratins."

Jawab kepada tugas 2

Burung dan buaya adalah satu-satunya wakil arkib yang telah bertahan hingga ke hari ini. Di samping itu, kumpulan reptilia ini termasuk dinosaurus "burung bukan dinosaur" yang telah punah (burung dinosaur moden) dan pterosaur, serta nenek moyang dan saudara buaya yang sudah pupus – pseudo-tins (salah satu daripada varian filogeni kumpulan ini ditunjukkan dalam Rajah 3).

Rajah. 4 Phylogenetic tree archosaurs.Gambar dari svpow.com

Seperti yang anda ketahui, banyak dinosaur (termasuk yang tidak berkesudahan) mempunyai bulu atau tumbuh-tumbuhan seperti bulu. Persoalan masa dan apa bentuk bulu yang muncul untuk pertama kalinya dalam perjalanan evolusi terbuka. Dan penemuan baru mendorong peristiwa ini lebih jauh dan seterusnya kembali ke abad-abad. Mungkin bulu seperti primitif (filamen) ditemui di kebanyakan dinosaur dan berasal dari nenek moyang mereka yang biasa (lihat, contohnya, B. Switek, 2012. Kebangkitan dinosaur berbulu). Tetapi beberapa pterosaur mempunyai filamen (termasuk bercabang, sama seperti bawah). Mungkin "protoperia" sudah menjadi antara nenek moyang biasa pterosaur dan dinosaur. Buaya moden tidak mempunyai filamen, tetapi kemungkinan masa kejadian mereka kira-kira bertepatan dengan masa berlainan garis-garis buaya dan burung evolusi (lihat Feather evolution). Oleh itu, kemungkinan filamen itu adalah antara nenek moyang biasa semua archosaur.

Persoalan ini dapat memperjelas pemindahan dermis ayam di bawah epidermis embrio buaya: jika filamen bertambah, ini akan menjadi pengesahan yang baik kehadiran mereka dalam nenek moyang arkeologi yang sama. Ternyata, tiada siapa yang telah menjalankan eksperimen tersebut (tetapi lihat Kata Laluan).


Selepas perkataan

Hasil transplantasi, dianalisis dalam keputusan itu, sebahagiannya diterangkan dalam buku oleh R. Raff dan T.Kofmena "Embrio, gen dan evolusi" dalam bahagian "Pada gigi ayam dan bulu kadal" (Rajah 5).

Rajah. 5 Struktur morfologi yang dibentuk oleh gabungan epidermis kadal, yang biasanya memberikan deretan sisik kecil, dengan dermis wakil kelas vertebrata lain dalam budaya organ. A. Dengan dermis ayam dari kawasan menggoda; sisik dibentuk, terletak di pinggir ayam. B. Dengan dermis ayam dorsal; tidak bulu terbentuk, tetapi skala kurang maju, diatur dalam corak heksagon yang tipikal untuk bulu. V. Dengan dermis dorsal tetikus; penimbang terbentuk, lokasi yang sepadan dengan lokasi folikel rambut primer. G. Dengan dermis tetikus dari bibir atas; skala besar dibentuk, terletak mengikut susunan khas vibrissae dan dikelilingi oleh skala kecil, terletak seperti folikel rambut penutup bulu (Dhouailly, Sengel, 1973). Gambar dan kapsyen kepadanya dari buku Embryos, Gen dan Evolution, rajah. 5-10

Eksperimen-eksperimen ini dijalankan pada awal 70-an abad yang lalu. Sekitar tempoh yang sama, satu kaedah dicipta untuk mengatasi beberapa kekaburan hasil yang berkaitan dengan kesan awal pada sel-sel epidermis.Ternyata epidermis chorionic amniot cepat horny di udara dan mudah terdedah kepada isyarat derma. Biasanya, tidak ada bulu, atau rambut, atau skala tidak berkembang daripadanya; Kain ini sering digunakan untuk mengkaji isyarat induksi.

Tetapi ia tidak secara kebetulan bahawa keputusan itu menyebut bahawa bukan sahaja tahap perkembangan embrio dan kawasan yang mana kain itu diambil boleh menjejaskan hasilnya. Hasilnya mungkin berbeza apabila menggunakan jenis lain. Fakta adalah bahawa homology sebenar bulu, rambut dan skala tidak begitu jelas. Ada kemungkinan bahawa rambut dan bulu tidak diubah skala, tetapi inovasi evolusi yang timbul secara bebas dari skala (walaupun mereka serupa dengan mereka dalam banyak cara). Pandangan sedemikian, sebagai contoh, dilindungi oleh Daniel Douailly (Danielle Dhouailly) – pengarang percubaan yang diterangkan dalam rajah. 5. Dalam bukti, khususnya, eksperimen diberikan yang menunjukkan bahawa apabila pengaruh protein BMP (protein morfogenetik tulang) ditekan dengan bantuan protein Noggin atau Shh (Sonic hedgehog), kulit dengan bulu burung dan rambut dalam mamalia berkembang dari ectoderm amnion lihat D. Dhouailly, 2009. Satu senario baru untuk gaya rambut, bulu, dan skala burung), tetapi tidak dengan skala atau kelenjar. Douya menyimpulkan bahawa kulit adalah "diprogram secara genetik" untuk menghasilkan bulu atau rambut, dan perkembangan skala adalah menengah – ia memerlukan program genetik yang lebih kompleks yang menindas perkembangan bulu atau rambut.Ini juga ditunjukkan oleh hasil mutasi – kerana mereka, skala boleh dengan mudah berubah menjadi bulu sepenuhnya, dan bulu tidak pernah memberikan skala berskala penuh. Ternyata anda tidak boleh percaya mata anda: sisik burung tidak bersisik sama sekali, tetapi bulu yang kurang berkembang, dan nenek moyang burung biasa boleh memiliki kaki berbulu seperti yang dinosaurus empat bersayap yang terkenal.

Berdasarkan data ini dan lain-lain, Douya mencadangkan skema sendiri untuk evolusi skala, bulu dan rambut (Rajah 6).

Rajah. 6. Skema evolusi skala, bulu dan rambut. Gambar dari artikel: D. Dhouailly, 2009. Satu bulu, dan skala burung

Mengikut skim ini, skala kumpulan yang berbeza amniotes moden – kadal, buaya dan burung – muncul secara bebas, dan bulu dan rambut tidak berasal dari skala (skala mamalia tidak dibincangkan dalam artikel). Rambut berasal dari primordia biasa dengan kelenjar, dan bulu – sebagai neoplasma. Pada masa yang sama, rambut dan bulu mempunyai beberapa ciri umum – contohnya, perkembangan mereka bermula dengan pembentukan epidermis thickening (placode), dan di bawahnya penebalan sel-sel dermis, kemudian berubah menjadi folikel – struktur yang menjamin pertumbuhan jangka panjang. Penampilan folikel dalam bulu dan rambut dianggap penumpuan.Sila ambil perhatian bahawa terdapat juga buaya placode dan pemeluwapan di tempat kejadian yang kemudian membentuk kulit ossification.

Skim ini dipertikaikan oleh saintis lain. Sebagai contoh, baru-baru ini menjadi jelas bahawa placodes juga terbentuk semasa perkembangan skala reptilia lain – kadal dan ular (lihat Rambut, bulu, dan skala: kisah evolusi).

Penulis percaya bahawa mereka telah membuktikan skala homology, bulu dan rambut. Sebenarnya, ia hanya membuktikan bahawa nenek moyang biasa burung moden, tikus dan kadal sudah mempunyai sesuatu seperti skala, dan perkembangan derivatif kulit lebih konservatif daripada yang mereka fikir sebelumnya. Dalam kes ini, rambut dan bulu dengan mudah boleh berlaku dan tidak skala, menggunakan mekanisme pembangunan yang sama (dari placode membangunkan walaupun gigi, telinga, dan mata).

Ia menyalakan api bahawa tidak semua bulu mungkin homologus antara satu sama lain. Sebagai contoh, rambut seperti bulu khas yang membentuk janggut ayam belanda (Gamb. 7), berkembang secara berterusan dan tidak mempunyai folikel.

Rajah. 7 Turki, dan kadangkala ayam belanda, mempunyai janggut. Ia terdiri daripada khas bulu seperti rambut – mungkin nonhomologous sepanjang bulu burung. Foto dari modernfarmer.com

Pengikut-pengesan ini mencadangkan bahawa bulu ini homolog pada filamen bercabang yang sama dari banyak dinosaur, tetapi tidak homolog dengan bulu sebenar (lihat R. H. Sawyer et al., 2003).Asal pelengkap integumenary archosaurian adalah keratin beta jenis bulu).

Terdapat teori lain mengenai rupa rambut (kecuali ditunjukkan dalam Rajah 7). Menurut salah seorang daripada mereka, rambut berasal dari rambut mekanosensori pada skala yang beberapa kadal ada (Rajah 8).

Rajah. 7 Menurut satu teori, rambut berasal dari rambut mekanik reptil (Bbaris atas). Rajah. dari artikel: Ch. Chang et al., 2010. Paradigma skala reptilia: Evo-Devo, pembentukan pola dan regenerasi

Rambut seperti ini terdapat dalam anoles, tokek, iguana, dan agamas. Di pangkalan mereka ada sesuatu seperti folikel. Tiada siapa yang telah mempelajari perkembangan mereka secara terperinci. Itulah sebabnya keputusan menyatakan bahawa hasil pemindahan mungkin bergantung pada jenis. Ia bukan tanpa kesulitan (terima kasih kepada SCI-hub!) Itu mungkin untuk menegaskan bahawa dalam eksperimen yang luar biasa yang dilakukan oleh D. Duay, mereka menggunakan dermis cicak tembok biasa (Podacris muralis). Dan bagaimana jika anda cuba untuk memindahkan dermis tetikus di bawah epidermis agama? Mungkin kemudian akan mendapat kadal berbulu? Tetapi tiada siapa yang telah menubuhkan eksperimen seperti itu, nampaknya. Sayang sekali – mereka boleh memberikan maklumat berguna tentang asal-usul skala dan rambut pada ekor tetikus.

Tetapi ternyata ada percubaan untuk mendapatkan buaya berbulu! Hanya mereka tidak melakukannya dengan bantuan pemindahan, tetapi dengan bantuan pengubahsuaian gen. Apabila menulis syarat-syarat masalah, saya tidak tahu tentang kewujudan kerja baru-baru ini (lihat P. Wu et al, 2018.Modul Kawal Selia Pelbagai Diperlukan untuk Penukaran Skala-ke-Bulu). Penulis artikel ini mengenal pasti beberapa gen baru yang bertanggungjawab untuk perkembangan bulu burung, dan memperkenalkan beberapa daripada mereka (serta gen beta katenin baik yang lama dalam peranan ini, lihat Beta-catenin) ke kulit buaya berbudaya. Banyak agensi berita, sudah tentu, melaporkan setelah menerima siaran akhbar bahawa ahli-ahli sains mengalihkan skala buaya menjadi bulu. Malah, rambut kecil berkembang (Rajah 9).

Rajah. 9 Filamen yang diperolehi pada kulit buaya di bawah tindakan gen burung. Gambar dari artikel: P. Wu et al, 2018. Pelbagai Modul Kawal Selia Diperlukan untuk Pengubahan Skala ke Bulu

Tetapi ini banyak! Ia adalah mungkin untuk mencipta zon pertumbuhan tempatan (seperti bulu) panjang epidermis. Sesetengah rambut, seperti dalam foto, bahkan mempunyai sesuatu seperti folikel. Jadi "rendah", tetapi "bulu" masih berkembang.

Eksperimen ini mengesahkan hasil karya lain, di mana ia ditunjukkan oleh kaedah-kaedah genom yang nenek moyang umum Archozaurians sudah mempunyai hampir semua elemen pengawalseliaan yang diperlukan dan hampir semua protein struktur yang diperlukan untuk perkembangan bulu; hanya ada sedikit "menyusun semula" rangkaian gen sedia ada dan mewujudkan hubungan di antara mereka sehingga bulu mula berkembang.

Kelemahan "preadaptations molekul" seperti itu adalah pengekalan panjang yang mengejutkan dari laluan pembangunan organ-organ yang sudah hilang (seperti gigi burung). Ternyata gigi-gigi ini, yang hilang puluhan juta tahun yang lalu, tidak hanya boleh tumbuh pada paruh burung di bawah tindakan derma tikus, tetapi kadang-kadang timbul akibat mutasi spontan (lihat MP Harris et al., 2006). Pengembangan Archosaurian Gigi dalam Mutant Chicken); pada masa yang sama, gen yang menyebabkan penampilan gigi bertanggungjawab terhadap perkembangan … organel silia – selular yang bertanggungjawab, misalnya, untuk mengeluarkan lendir dari saluran udara. Ia hanya sedikit – untuk mengetahui bagaimana penyelewengan dalam karya silia berkaitan dengan penampilan gigi yang hilang lama. Cepat atau lambat, para saintis tentu saja akan dapat memikirkannya.

Mutasi yang membawa kepada penampilan gigi dalam embrio anak ayam adalah maut. Tetapi perkara-perkara kecil ini tidak berhenti para saintis bercita-cita tinggi seperti Jack Horner, yang berjanji untuk membuat dinosaur keluar dari ayam (lihat kuliahnya Menggunakan Alat-Alat untuk Mencipta Dinosaur). Sesetengah kejayaan di laluan ini telah dicapai, dan kaedah biologi molekular berkembang begitu pesat sehingga projek sedemikian tidak kelihatan. Sudah tentu, persoalan timbul: mengapa ini perlu? Tapi mari biarkan soalan ini untuk refleksi diri.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: